3.5 Diagram Alir
Diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar di bawah ini
D
Hasil Diulangi Pembuatan Sampel Dengan Orientasi Serat 45° dan 90°
Diuji sifat fisis, mekanis termal, dan SEM Dilakukan uji homogenitas dengan SEM
Pasir Aspal
dicuci dikeringkan dibawah sinar matarari
disaring
Pasir Halus Aspal Cair
dipanaskan pada suhu 60
o
C
aduk sampai rata didinginkan hingga mencapai suhu ruang
Campuran Komposit Polipropilen Direflux dan
Dihaluskan
diaduk sampai rata dituang kedalam cetakan
serat nanas disusun ditengah lurus dan satu arah dipres menggunakan Hot Press selama 30 menit
didinginkan pada suhu ruang selama 24 jam dilepas dari cetakan
Genteng Komposit dipotong sesuai ukuran spesimen
Uji Kerapatan Daya Serap Air
Uji Tarik Uji Lentur
Uji Impak Uji Nyala
Pengambilan
Komposisi
Universitas Sumatera Utara
64
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 SIFAT FISIS 4.1.1 Kerapatan
Massa jenis atau kerapatan zat merupakan karakteristik mendasar yang dimiliki zat. Kerapatan suatu zat merupakan perbandingan massa dan volume zat
itu, sehingga nilai kerapatan dapat diukur melalui pengukuran massa dan volumenya. Namun, nilai kerapatan tidak bergantung pada massa zat maupun
volumenya. Data hasil pengujian kerapatan genteng komposit polimer dihitung dengan
menggunakan Persamaan 2.6, hasil pengujian dan perhitungan kerapatan selengkapnya disajikan pada Lampiran 1 dan nilai kerapatan rata-rata dapat dilihat
dalam Tabel 4.1 berikut ini.
Tabel 4.1 Nilai Kerapatan Rata-rata
No mor
Sampel Persentase Berat
Aspal : Polipropilen : Pasir : Serat Nanas
Rata-rata Kerapatan
grcm
3
Rata-rata Kerapatan
kgm
3
1 10 : 10 : 80 : 0
1,87 1870
2 10 : 10 : 79 : 1
1,87 1870
3 10 : 10 : 78: 2
1,86 1860
4 10 : 10 : 77 : 3
1,86 1860
5 10 : 10 : 76 : 4
1,85 1850
6 10 : 10 : 75 : 5
1,84 1840
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan Tabel 4.1 di atas dapat dilihat bahwa nilai kerapatan yang terendah didapat pada sampel 6 dengan komposisi serat 5 yaitu sebesar 1,84
grcm
3
, sedangkan nilai kerapatan tertinggi didapat pada sampel 1 dan 2 yaitu sebesar 1,87 grcm
3
.
Gambar 4.1 Grafik Kerapatan-Komposisi Pasir:Serat Dari Gambar 4.1 terlihat bahwa penambahan serat nanas sebagai pengisi
cenderung menurunkan kerapatan bahan. Hal ini disebabkan karena serat nanas memiliki rongga-rongga yang menyimpan air. Ketika serat dalam keadaan kering
maka rongga-rongga iniu menjadi kosong sehingga mengurangi kerapatan partikel penyusun. Kerapatan yang paling rendah pada sampel 6, hal ini disebabkan
jumlah serat yang digunakan sudah melebihi batas maksimal, sehingga tidak terikat lagi oleh matrik sehingga banyak serat yang terlepas dan terjadinya banyak
lubang baik dipermukaan material maupun yang terbentuk di dalamnya. Dari hasil penelitian dapat dikatakan bahwa penambahan serat nanas
dalam batas ukuran tertentu dapat memperbaiki sifat fisis genteng komposit
1825.00 1830.00
1835.00 1840.00
1845.00 1850.00
1855.00 1860.00
1865.00 1870.00
1875.00
80:0 79:1 78:2 77:3 76:4 75:5
K er
apatan kgm
3
Grafik Kerapatan-Komposisi Pasir:Serat
Komposisi Pasir: Serat
Universitas Sumatera Utara
polimer yang dihasilkan, namun jika serat yang digunakan sudah melebihi batas maksimal maka komposit yang dihasilkan akan rusak.
Dalam penelitian ini standar yang digunakan mengacu pada spesifikasi sebuah genteng polimer komersil dari Ukraina dengan kerapatan sebesar 1500
kgm
3
. Sedangkan nilai kerapatan genteng polimer yang dihasilkan berkisar antara 1840 kgm
3
sampai dengan 1870 kgm
3
. Ini artinya kerapatan yang diperoleh dalam penelitian ini jauh lebih besar dibandingkan nilai acuan tersebut.
4.1.2 Daya Serap Air
Fungsi genteng adalah melindungi bangunan dari panas dan hujan. Oleh karenanya daya serap air merupakan parameter penting dalam perancangan
sebuah genteng. Genteng yang ideal adalah genteng dengan daya serap air yang minimum.
Data hasil pengujian dihitung menggunakan Persamaan 2.7 dan diperoleh daya serap air seperti dalam Lampiran 2. Data daya serap air rata-rata dapat dilihat
dalam tabel 4.2 berikut ini. Tabel 4.2. Nilai rata-rata daya serap air genteng komposit polimer
No mor
Sampel Persentase Berat
Polipropilen : Aspal : Pasir : Serat Nanas
Rata-rata Daya Serap Air
1 10 : 10 : 80 : 0
0,43 2
10 : 10 : 79 : 1 0,57
3 10 : 10 : 78: 2
0,71 4
10 : 10 : 77 : 3 0,71
5 10 : 10 : 76 : 4
0,72 6
10 : 10 : 75 : 5 0,87
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Grafik Daya Serap Air-Komposisi Pasir:Serat
Berdasarkan Gambar 4.2 di atas dapat dilihat daya serap air berkisar antara 0,43 sampai 0,87. Jika dibandingkan dengan genteng polimer Ukraina yang
daya serap airnya 0,6 maka sampel 1 dan 2 masih memenuhi syarat, namun jika dibandingkan dengan SNI untuk genteng beton, semua sampel masih memnuhi
syarat yaitu di bawah 10. Daya serap air maksimum dimiliki oleh komposisi 75:5. Hal ini disebabkan banyaknya rongga-rongga yang terjadi akibat
penambahan serat nanas, yang dapat menjadi reservoir air bebas di dalam komposit.
4.2 SIFAT MEKANIK GENTENG KOMPOSIT POLIMER 4.2.1 Kekuatan Tarik
Data hasil pengujian kuat tarik spesimen dihitung menggunakan Persamaan 2.11. Data hasil pengujian dan perhitungan selengkapnya disajikan
dalam pada Lampiran 3 dan nilai kekuatan tarik rata-rata ditampilkan dalam Tabel 4.3 berikut ini.
0.00 0.10
0.20 0.30
0.40 0.50
0.60 0.70
0.80 0.90
1.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
D ay
a S er
ap A
ir
Komposisi Pasir:Serat
Grafik Daya Serap Air - Komposisi Pasir: Serat
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Nilai rata-rata kuat tarik
Nomor Sampel
Persentase Berat Polipropilen : Aspal :
Pasir : Serat Nanas Rata-rata
Kekuatan Tarik kgfcm
2
Rata-rata Kekuatan Tarik MPa
1 10 : 10 : 80 : 0
8,32 0,82
2 10 : 10 : 79 : 1
32,22 3,16
3 10 : 10 : 78: 2
53,32 5,23
4 10 : 10 : 77 : 3
75,98 7,45
5 10 : 10 : 76 : 4
118,40 11,61
6 10 : 10 : 75 : 5
77,36 7,59
Gambar 4.3 Grafik Uji Tarik-Komposisi Pasir:Serat Dari Gambar 4.3 di atas dapat dilihat kuat tarik terendah pada sampel pertama
yaitu sampel yang terdiri dari polipropilen, aspal, dan pasir tanpa menggunakan serat nanas, kuat tarik yang di dapat adalah 8,32 kgfcm
2
. Penambahan serat sebanyak 1 sampel 2 kuat tarik meningkat menjadi 32,22 kgfcm
2
dan
0.00 20.00
40.00 60.00
80.00 100.00
120.00 140.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
Rat a
-Rat a K
u at
T ar
ik
Grafik Uji Tarik
Komposisi Pasir : Serat
Universitas Sumatera Utara
kekuatan tarik terbesar diperoleh pada komposisi serat 5, kenaikan mencapai 118,40 kgfcm
2
dan kembali melemah pada sampel 6. Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa komposisi serat memberi
pengaruh terhadap sifat mekanik terutama kuat tarik. Kenaikan nilai kekuatan tarik berbanding lurus dengan jumlah serat yang digunakan, semakin tinggi fraksi
volume serat, maka kekuatan tariknya semakin tinggi, karena semakin banyak serat yang digunakan maka semakin banyak komponen penguat untuk menahan
beban, tetapi peningkatan fraksi volume serat mempunyai batas maksimum, apabila serat yang digunakan melebihi batas maksimum maka kekuatan tariknya
akan menurun, hal ini disebabkan tingkat pembasahan matrik terhadap serat berkurang yang mengakibatkan melemahnya kemampuan matrik mengikat serat.
Kekuatan perekatan matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan komposit, jika ikatan matrik dan serat sempurna, maka kekuatan komposit
ditentukan oleh kekuatan seratnya, adanya adhesi yang kuat antara matrik dan serat membuat bidang antar muka menjadi kuat. selain itu arah serat juga
merupakan hal penting dalam penguatan komposit, karena arah serat berkaitan erat dengan penyebaran gaya yang bekerja pada komposit.
4.2.2 Kuat Lentur
Kuat lentur merupakan kemampuan benda terhadap pembebanan maksimum persatuan luas. Data hasil pengukuran dapat dihitung kekuatan lentur
menggunakan Persamaan 2.8. Data hasil penelitian selengkapnya disajikan dalam pada Lampiran 4 dan nilai kuat lentur rata-rata disajikan dalam Tabel 4.4 berikut
ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel. 4.4 Nilai rata-rata kuat lentur
Nomor Sampel
Persentase Berat Polipropilen : Aspal : Pasir : Serat Nanas
Rata-rata Kuat Lentur
kgfcm
2
Rata-rata Kuat Lentur
MPa
1 10 : 10 : 80 : 0
32,01 3,14
2 10 : 10 : 79 : 1
85,25 8,36
3 10 : 10 : 78: 2
94,70 9,29
4 10 : 10 : 77 : 3
106,6 10,47
5 10 : 10 : 76 : 4
107,8 10,51
6 10 : 10 : 75 : 5
89,83 8,81
Dari hasil penelitian diperoleh kuat lentur yang paling tinggi pada sampel 5 dengan fraksi berat serat nanas 4 yaitu sebesar 107,18 kgfcm
2
atau sama dengan 10,51 MPa dan nilai kuat lentur terendah diperoleh pada sampel 6, yaitu
89,83 kgfcm
2
sama dengan 8,81 MPa.
Gambar 4.4 Grafik Uji Lentur-Komposisi Pasir:Serat
0.00 20.00
40.00 60.00
80.00 100.00
120.00 140.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
Rat a-
Rat a K
u at
T ek
an kgf
cm
2
Grafik Uji Lentur
Komposisi Pasir : Serat
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan Gambar 4.4 di atas maka dapat dilihat bahwa pertambahan kekuatan lentur spesimen sangat dipengaruhi oleh komposisi material penyusun.
Pada sampel 1 yang tidak diperkuat serat diperoleh hasil uji spesimen kuat lentur sebesar 32,01 kgfcm
2
. Untuk sampel 2 sampai sampel 5 kekuatan cenderung meningkat, penambahan kekuatan ini seiring dengan bertambahnya jumlah serat
nanas yang digunakan. Ini artinya penempatan serat nanas secara kontinu dan searah dapat menambah kekuatan lentur material komposit hingga 107,18 kgcm
2
Untuk sampel 6 dengan fraksi berat serat nanas sebesar 5 mengalami penurunan kekuatan menjadi 89,83 kgcm
2
. Kuat lentur tertinggi yang diperoleh dari penelitian ini adalah 107,18 kgcm
2
atau sama dengan 10,50 MPa, nilai ini lebih tinggi dibandingkan kuat lentur genteng komersil yaitu sebesar 10 MPa. Nilai uji
lentur selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4.
4.2.3. Kuat Impak
Data hasil pengukuran dapat dihitung kekuatan impak menggunakan Persamaan 2.10. Data hasil penelitian selengkapnya disajikan dalam pada
Lampiran 5 dan nilai kuat lentur rata-rata disajikan dalam Tabel 4.5 berikut ini. Tabel 4.5 Nilai rata-rata kuat impak
Nomor Sampel
Persentase Berat Polipropilen : Aspal :
Pasir : Serat Nanas Rata-rata Kuat
Impak Jcm
2
Rata-rata Kuat Impak kJm
2
1 80:0
0,15 1,47
2 79:1
0,94 9,44
3 78:2
1,25 12,48
4 77:3
1,55 15,53
5 76:4
2,63 26,27
6 75:5
0,80 7,97
Universitas Sumatera Utara
Data hasil pengujian dan perhitungan menunjukkan adanya kenaikan kekuatan setiap penambahan jumlah serat yang digunakan. Hasil pengujian kuat
impak sampel 1 tanpa serat adalah 1,47 kJm
2
. Peningkatan kekuatan terjadi pada sampel 2 sampai 5, namun kekuatan kembali menurun pada sampel 6.
Kekuatan tertinggi dihasilkan pada spesimen uji sampel 5 yaitu sebesar 26,27 kJm
2
. dan yang terendah didapat dari spesimen uji sampel 1 tanpa serat
sebesar 1,47 kJm
2
. Pada sampel 6 kekuatan impak menurun dikarenakan penggunaan serat
yang banyak mengakibatkan ikatan antara matrik dan serat melemah, kurangnya tingkat pembasahan matrik terhadap serat mengakibatkan banyak serat yang
terlepas dari matrik debonding.
Gambar 4.5 Grafik Kuat impak - komposisi material
Gambar 4.5 menunjukkan adanya hubungan antara fraksi berat serat dengan kekuatan impak. Kekuatan impak bertambah sejalan dengan penambahan
0.00 20.00
40.00 60.00
80.00 100.00
120.00 140.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
K u
at Im
p ak
k Jm
2
Grafik Uji Impak
Komposisi Pasir : Serat
Universitas Sumatera Utara
komposisi serat, hal ini sesuai dengan fungsi keberadaan serat sebagai penguat atau penahan beban. Nilai uji lentur selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 5.
4.3 TITIK BAKAR DAN TITIK NYALA
Dari data pengujian nyala genteng polimer didapatkan sampel yang paling cepat menyala adalah sampel 6 yaitu hanya 4,33 detik dan yang paling lama yaitu
sampel 1 yaitu 8,33 detik. Hal ini sesuai dengan sifat polimer yang sangat mudah menyala. Data selengkapnya disajikan dalam grafik dibawah ini.
Gambar 4.6 Grafik kemampuan nyala genteng komposit polimer
Dari data yang dihasilkan pada pembakaran spesimen, maka diidentifikasi bahwa bahan genteng komposit polimer menggunakan polipropilen, aspal, pasir,
dan serat nanas sebagai bahan penguat termasuk ke dalam material yang habis terbakar sendiri. Karena rata-rata persentase pada variasi serat menunjukkan rata-
rata kemampuan nyala pada waktu 6,3 detik. Dari Gambar 4.6 di atas dapat dilihat komposit dari spesimen yang paling
lama menyala adalah pada persentase serat nanas 0 sampel 1 yaitu 8,33 detik.
0.00 1.00
2.00 3.00
4.00 5.00
6.00 7.00
8.00 9.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
W ak
tu Nyala
De tik
Grafik Waktu Nyala
Komposisi Pasir : Serat
Universitas Sumatera Utara
Jarak bakar adalah panjang spesimen yang terbakar setelah waktu 30 detik. Dari hasil pengujian diperoleh data rata-rata jarak bakar genteng komposit
polimer seperti dalam grafik di bawah ini:
Gambar 4.7 Grafik Jarak Bakar Genteng Polimer
Dari Gambar 4.7 dapat dilihat jarak bakar tertinggi diperoleh pada spesimen yang tidak menggandung serat sampel 2 dan 4 yaitu 20 mm,
sedangkan untuk sampel yang lain adalah sekitar 19,67 mm. Berdasarkan data hasil penelitian, karakteristik terbaik dari genteng
komposit polimer yang dihasilkan baik dari uji fisis, uji mekanik dan uji termal diperoleh pada sampel 5 dengan perbandingan komposisi polipropilen, aspal,
pasir dan serat nanas masing-masing 10 : 10 : 76 : 4. Setelah dilihat dengan menggunakan mikroskop perbesaran 135 kali, genteng dengan serat 4
permukaannya terlihat lebih berongga dibandingkan dengan genteng tanpa serat. Nilai uji nyala dan titik bakar selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6.
10.00 12.00
14.00 16.00
18.00 20.00
22.00 24.00
80:0 79:1
78:2 77:3
76:4 75:5
jar ak
B ak
ar Rat
a -Rat
a mm
Grafik Jarak Bakar
Komposisi Pasir : Serat
Universitas Sumatera Utara
4. 4 PENGUJIAN TERHADAP SAMPEL DENGAN ORIENTASI SERAT
Orientasi serat berdampak langsung pada distribusi tegangan antara matrik dan serat. Kontribusi serat terhadap sifat-sifat komposit akan maksimum jika arah
pembebanan maksimum searah dengan arah serat. Data hasil penelitian tentang pengaruh orientasi sudut serat terhadap karakteristik genteng dapat dilihat dalam
Tabel 4.6 berikut ini: Tabel 4.6 Data karakteristik genteng komposit polimer berdasarkan sudut
orientasi serat
Besaran Sudut Orientasi Serat Nanas
o
sampel No. 1 45
o
sampel No. 2
90
o
sampel No. 3
Kerapatan gcm
3
1,85 1,85
1,86 Daya Serap Air
0,72 0,72
0,73 Kuat Tarik kgfcm
2
118,4 5,7
2,1 Kuat Lentur kgfcm
2
107,18 15,58
21,23 Kuat Impak kJ m
2
Waktu Bakar s Jarak Bakar mm
26,27 5
20 2,2
5 20
1,25 5
20
Berdasarkan data dalam Tabel 4.6 di atas, maka dapat diplot grafik seperti di bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8 Grafik Kerapatan Untuk Variasi Orientasi Sudut Berdasarkan Gambar 4.8 di atas memperlihatkan bahwa sifat fisis genteng
komposit polimer tidak banyak mengalami perubahan akibat adanya perubahan sudut orientasi serat nanas. Kerapatan yang diperoleh pada sampel 0
o
dan 45
o
adalah sama, namun untuk sampel dengan orientasi sudut 90
o
kerapatannnya naik. Nilai kerapatan untuk variasi sudut 45° dan 90° selengkapnya dapat dilihat pada
Lampiran 7.
Gambar 4.9 Grafik daya serap air untuk variasi orientasi sudut
1844 1846
1848 1850
1852 1854
1856 1858
1860 1862
1 2
3
K er
ap at
an k
gm
3
Grafik Kerapatan
Nomor Sampel
0.714 0.716
0.718 0.72
0.722 0.724
0.726 0.728
0.73 0.732
1 2
3
Daya S
er ap
Air Grafik Daya Serap Air
Nomor Sampel
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 4.9 dapat dilihat daya serap air yang dihasilkan pada ketiga sampel memperlihatkan tidak ada perubahan yang signifikan, daya serap air yang
diperoleh untuk sampel 0
o
dan 45
o
adalah sama, namun untuk sampel dengan orientasi sudut 90
o
daya serap airnya meningkat menjadi 0,73. Hal ini disebabkan oleh kesalahan dalam pembuatan sampel, ketidakhomogenan
campuran bisa menyebabkan terjadinya cacat pada sampel. Nilai daya serap air untuk variasi sudut 45° dan 90° selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 8.
Untuk sifat mekanik dapat dilihat dari Gambar 4.10, 4.11, dan 4.12. Dari grafik dapat dilihat bahwa arah orientasi sudut serat nanas memberi pengaruh
terhadap karakteristik genteng yang dihasilkan terutama sifat mekaniknya. Penyebaran gaya yang bekerja pada komposit dipengaruhi oleh arah orientasi
serat. Kekuatan maksimal komposit berada apabila arah serat sama dengan arah pembebanan. Kekuatan genteng yang paling rendah didapat pada sudut orientasi
90
o
. Hal ini dikarenakan arah serat yang tegak lurus terhadap pembebanan komposit sebenarnya tidak mempunyai ikatan kimia dengan matrik melainkan
hanya ikatan secara fisika atau ikatan antar muka sehingga energi yang ditransfer oleh matrik tidak mampu diteruskan oleh serat. Sesuai dengan persamaan 2.1,
pertambahan sudut orientasi serat menyebabkan penurunan kekuatan komposit.
Gambar 4.10 Grafik Kuat Tarik Untuk Variasi Orientasi Sudut
20 40
60 80
100 120
140
0⁰ ⁰
90⁰
kgf cm
2
Grafik Kuat Tarik Untuk Variasi Orientasi Sudut
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Grafik Kuat Lentur Untuk Variasi Orientasi Sudut
Gambar 4.12 Grafik Kuat Impak Untuk Variasi Orientasi Sudut Nilai kekuatan mekanik untuk variasi sudut 45° dan 90° selengkapnya
dapat dilihat pada Lampiran 9, 10, dan 11.
20 40
60 80
100 120
0⁰ ⁰
90⁰
kgf cm
2
Grafik Kuat Lentur Untuk Variasi Orientasi Sudut
5 10
15 20
25 30
0⁰ ⁰
90⁰
kJ m
2
Grafik Kuat Impak Untuk Variasi Orientasi Sudut
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.13 Grafik hubungan orientasi serat dengan sifat termal Untuk sifat termal dapat dilihat dari grafik di atas bahwa orientasi sudut
serat hampir tidak berpengaruh terhadap sifat termal genteng polimer yang dihasilkan.
4.5. ANALISIS HASIL PENGUJIAN DENGAN SCANNING ELECTRON MYCROSCOPE SEM